Giant electrostriction in textured La2Ce2O7 ceramics: A promising lead-free alternative for electromechanical conversion

电致伸缩 材料科学 压电 电介质 陶瓷 能量收集 介电常数 执行机构 压电系数 复合材料 光电子学 电气工程 能量(信号处理) 工程类 数学 统计
作者
М. В. Таланов,V. A. Marakhovskiy,Annu Kumar Lakshya,Anirban Chowdhury
出处
期刊:Applied Physics Letters [American Institute of Physics]
卷期号:126 (1) 被引量:1
标识
DOI:10.1063/5.0242385
摘要

The search for high-performance, lead-free materials with tailored electromechanical properties is crucial for the advancement of energy harvesting and actuator technologies. While piezoelectric materials offer promising solutions, balancing high piezoelectric response with low dielectric permittivity remains a significant challenge. Recent research has highlighted the potential of “giant” electrostriction as an alternative approach, offering substantial electromechanical responses with more favorable electrical properties. This work investigates the electrostrictive and dielectric properties of non-textured and textured La2Ce2O7 ceramics. Our findings reveal a substantial electrostrictive coefficient [M33 ≈ 10−18 (m/V)2, exceeding conventional electrostrictive materials], coupled with a high effective piezoelectric response (d33eff = 40 pm/V at E = 100 kV/cm) and a high effective piezoelectric voltage coefficient (g33eff = 146–205 × 10−3 Vm/N). Notably, [111]-texturing of La2Ce2O7 significantly reduces dielectric losses, further enhancing its suitability for energy harvesting and actuator applications. The combination of electromechanical and dielectric properties creates conditions for high energy-harvesting performance, comparable to lead-containing ceramics and far superior to lead-free alternatives. Combined with temperature stability and compatibility with Si-based microfabrication, La2Ce2O7 emerges as a promising lead-free alternative for high-performance electromechanical energy conversion applications.

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